Linux性能调优关于内存

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内存管理是操作系统最核心的功能之一，主要用来存储系统的应用、指令、缓存等。

进程、虚拟内存与物理内存

物理内存比较容易理解，就是平时我们说计算机有几个G的内存，例如8G、16G等，物理内存也称为主存，大多数计算机用的主存都是动态随机访问内存（DRAM）。

Linux应用程序的进程是不直接访问物理内存的，是通过中间层（虚拟地址）进行访问。之所以要创建一个虚拟地址空间，目的是为了解决进程地址空间隔离的问题。但程序要想执行，必须运行在真实的内存上，所以，必须在虚拟地址与物理地址间建立一种映射关系。这样，通过映射机制，当程序访问虚拟地址空间上的某个地址值时，就相当于访问了物理地址空间中的另一个值。

Linux内核为每个进程提供一个独立的虚拟地址空间，这个大小与处理器的字长（单个CPU指令能够处理的最大数据长度）有关，例如32位、64位。32位一般包含1G内核空间和3G用户空间（这就是为什么32位系统最大支持内存4G），64位的内核空间和用户空间都是128T。虚拟地址空间（虚拟内存）又包含内核空间、用户空间，只有内核空间才能访问物理内存。并不是所有虚拟地址空间会分配物理内存，只有使用的时候才会分配。

虚拟内存和物理内存之间的映射是通过内存管理单元mmu中的页表进行管理的。其中页表又包含两种机制：多级页表和大页。多级页面只保存使用的区块（这样可以大大减少页表的项数），Linux内核使用的四级页表。

进程是怎么使用内存的

上面说了虚拟内存包含内核空间和用户空间。其中用户空间内存，从低到高分别是五种不同的内存段。（1）只读段，包括代码和常量等。（2）段，包括全局变量等。（3）堆，包括动态分配的内存，从低地址开始向上增长。（4）文件映射段，包括动态库、共享内存等，从高地址开始向下增长。（5）栈，包括局部变量和函数调用的上下文等。栈的大小是固定的，一般是
8 MB。

在这五个内存段中，堆和文件映射段的内存是动态分配的。比如说，使用 C 标准库的 malloc() 或者 mmap()
，就可以分别在堆和文件映射段动态分配内存。其实，这里的分配并没有真正的分配物理内存，只有在首次访问时触发缺页异常才会进入内核空间进行页表创建，分配出物理内存。当内存使用完毕后，需要释放内存，不然会发生内存泄漏，一般调用
free() 或 unmap()来释放不用的内存。

一般来说，内存在使用紧张时，系统也会通过一系列机制回收内存：
（1）回收缓存，比如通过LRU算法回收最近很少使用的内存页面；
（2）回收不常访问的内存，把不常用的内存通过交换分区直接写到磁盘中；
注意：此方法会用到swap分区。把进程暂时不用的数据放到磁盘（swap）上，不过会严重影响性能；
（3）通过oom杀死进程。

一个进程消耗的内存越大，oom_score越大；一个进程运行占用的cpu越多，oom_score越小；oom_score越大的进程，越容易被OOM杀死。例如：可以通过调整/proc/${pidof
sshd)/oom_adj来调整oom_score，值范围是[-17,15]，-17表示禁止被OOM；

如何查看内存使用情况

free命令

第一列，total 是总内存大小；
第二列，used 是已使用内存的大小，包含了共享内存；
第三列，free 是未使用内存的大小；
第四列，shared 是共享内存的大小；
第五列，buff/cache 是缓存和缓冲区的大小；
最后一列，available 是新进程可用内存的大小。

free -help参数说明：
-b 以Byte显示内存使用情况
-k 以kb为单位显示内存使用情况
-m 以mb为单位显示内存使用情况
-g 以gb为单位显示内存使用情况
-h 以合适的单位显示内存使用情况
-l 显示详细的低内存和高内存统计信息
-s<间隔秒数> 持续观察内存使用状况； version 3.3.10 and in 3.3.9 有这个bug，3.3.12版本已经修复
-t 显示内存使用总合
-V 显示版本信息

top命令
跟内存有关的列：

%MEM 进程使用的物理内存百分比。也就是使用的物理内存在总内存中的占比。
VIRT 进程使用的虚拟内存总量，单位kb。VIRT=SWAP+RES。即使没有分配物理内存也计算在内。
SWAP 进程使用的虚拟内存中，被换出的大小，单位kb。
RES 进程使用的、未被换出的物理内存大小，单位kb。RES=CODE+DATA。常驻内存大小，也即使分配的物理内存大小，不包括swap和共享内存。
SHR 共享内存大小，单位kb。

top名称常用操作：
top //每隔5秒显式所有进程的资源占用情况
top -d 2 //每隔2秒显式所有进程的资源占用情况
top -c //每隔5秒显式进程的资源占用情况，并显示进程的命令行参数(默认只有进程名)
top -p 12345 -p 6789//每隔5秒显示pid是12345和pid是6789的两个进程的资源占用情况
top -d 2 -c -p 123456 //每隔2秒显示pid是12345的进程的资源使用情况，并显式该进程启动的命令行参数

ps命令
ps aux : 列出内存中正在运行的进程。